摘要：空氣墊是一種應(yīng)用廣泛的緩沖包裝材料,，集經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益于一體。承載性,，是其緩沖效果重要決定因素,，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)該性能的數(shù)據(jù)化表征。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境,，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質(zhì)量,、充氣壓力等,，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果，建議相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)上述因素的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和研究,。
關(guān)鍵詞：空氣墊緩沖包裝,、承載性、薄膜拉伸,、密封質(zhì)量,、充氣壓力
前言
近年，電商經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,，極大促進(jìn)了商品的地域流通，同時(shí),，運(yùn)輸野蠻裝卸的問(wèn)題也越發(fā)突出,，使得包裝內(nèi)容物的損壞率逐年上升。流通中,，引起商品損壞的原因主要來(lái)自于裝卸和運(yùn)輸環(huán)境的外力沖擊,，雖速度變化不大但作用時(shí)間短促，因而在瞬間對(duì)內(nèi)容物產(chǎn)生較大的沖擊力,，造成損壞,。因此，具有合適緩沖效果的緩沖材料在包裝過(guò)程中是極為必要的,。
緩沖材料的歷史悠久,，早可追溯到稻草,、刨花、紙屑等,。隨著商品交易的范圍和速度增大,，緩沖材料的品類被極大的擴(kuò)充，如今,，已經(jīng)形成了以泡沫塑料為主,，氣泡薄膜、紙襯墊,、紙張模塑為輔的緩沖材料體系,。泡沫塑料質(zhì)輕、吸濕性強(qiáng),、價(jià)廉物美,，具有良好緩沖效果和吸振性能，但降解和環(huán)境污染問(wèn)題仍有待解決,。紙類緩沖材料是一種可降解的環(huán)保材料,，溫度適應(yīng)范圍比泡沫塑料更寬，但耐潮性不佳,，且價(jià)格頗高,。在這一背景下，尋求經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的相統(tǒng)一的新型緩沖材料迫在眉睫,，“空氣墊緩沖包裝”應(yīng)運(yùn)而生,。
空氣墊緩沖包裝的承載性及驗(yàn)證方法
空氣墊緩沖包裝是將一定可壓縮氣體密封在塑料薄膜袋內(nèi)實(shí)現(xiàn)緩沖作用，具有體積小,、質(zhì)量輕,、彈性大、包裝方便,、可重復(fù)使用的特點(diǎn),，兼具經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益,?？諝鈮|緩沖包裝的緩沖效果是氣體和薄膜袋共同作用的結(jié)果。氣體自身具有擴(kuò)散性,，當(dāng)其填充于塑料薄膜袋后,，能迅速充滿整個(gè)容器，遇到外界壓迫時(shí),，氣體體積縮小借此吸收沖擊能量,。薄膜袋約束著氣體的體積變化，同時(shí)保障氣體的密封，是空氣墊緩沖包裝材料的重要承載容器,。
目前,，空氣墊緩沖包裝材料的承載性并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要通過(guò)試驗(yàn)的方式獲得緩沖曲線,，包括壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線,、大加速度曲線等，來(lái)驗(yàn)證被測(cè)材料的緩沖承載性能,。這些試驗(yàn)包括靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn),，分別依據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 8168-2008包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法和GB/T 8167-2008包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法。所謂靜態(tài),，是指在壓縮機(jī)上對(duì)試樣加壓的速度很慢,，如12mm/min，接近于靜態(tài)載荷,。借助靜態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)塬@得靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線,、緩沖系數(shù)曲線等，從而了解材料的靜態(tài)緩沖承載性,。
靜態(tài)壓縮試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)單易行,，費(fèi)用低、耗時(shí)短,，利用壓縮儀器,，如i-Boxtek 1700紙箱抗壓試驗(yàn)儀器，參考GB/T8168方法A進(jìn)行檢測(cè),。試驗(yàn)前,，對(duì)空氣墊樣品進(jìn)行厚度測(cè)量，作為原始厚度,。將上壓板以12.7mm/min的速度沿厚度方向?qū)υ囼?yàn)樣品逐漸增加載荷,。壓縮過(guò)程中，儀器系統(tǒng)自動(dòng)記錄壓縮力和相應(yīng)的變形量,，繪制“力值-變形量曲線”,、“力值-時(shí)間曲線”和“變形量-時(shí)間曲線”三條曲線。當(dāng)壓縮載荷急劇增加時(shí)停止試驗(yàn),，卸去載荷3min后測(cè)量試驗(yàn)后樣品的厚度,。根據(jù)公式1和公式2計(jì)算壓縮應(yīng)力和壓縮應(yīng)變。
式中,，α—— 壓縮應(yīng)力（Pa）；P —— 壓縮載荷（N）,；A —— 試驗(yàn)樣品承載面積（mm2）; εa —— 方法A試驗(yàn)時(shí)壓縮應(yīng)變（%）,；T —— 試驗(yàn)樣品原始厚度（mm）；Tj —— 試驗(yàn)樣品試驗(yàn)后的厚度（mm）,。
相較于靜態(tài)壓縮試驗(yàn),，動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)條件更加接近實(shí)際情況,。它是利用沖擊試驗(yàn)機(jī)上的重錘以一定的沖擊能量沖擊試樣，獲得大沖擊加速度,。通過(guò)改變重錘的跌落高度和重量,，求得一系列的大加速度，從而可以得到緩沖材料的緩沖性能曲線,。根據(jù)GB/T 8167的要求,，需要測(cè)試多次獲得不同高度、不同厚度條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù),，因此動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)具有耗時(shí)長(zhǎng),、成本高、過(guò)程復(fù)雜等缺點(diǎn),。
空氣墊緩沖包裝的承載性影響分析和檢驗(yàn)方法
空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境,，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質(zhì)量,、充氣壓力等,，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果。
空氣墊緩沖包裝薄膜拉伸性能
空氣墊受沖擊發(fā)生形變的過(guò)程,，也是空氣墊薄膜材料拉伸的過(guò)程,。薄膜拉伸至斷裂，可以視為兩個(gè)階段：線彈性區(qū)和塑性區(qū),。起初,，試樣由自由狀態(tài)逐漸變?yōu)榭嚲o狀態(tài)，進(jìn)入線彈性區(qū),，超出彈性形變極限后進(jìn)入塑性變形區(qū),。薄膜沿外力作用方向進(jìn)行分子取向、重排,、滑移,，發(fā)生屈服，原組態(tài)被破壞,，整個(gè)結(jié)晶模式發(fā)生重排,，晶區(qū)和非晶區(qū)出現(xiàn)較大范圍的相對(duì)移動(dòng)。第二個(gè)塑性變形階段,，薄膜分子不僅沿外力作用方向進(jìn)行分子取向,、重排和滑移，而且分子主鏈之間部分發(fā)生斷裂,。薄膜的拉伸性能是通過(guò)薄膜材料在拉斷前承受的大應(yīng)力值來(lái)表征,，通常采用拉力機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。拉伸性能越好意味著薄膜材料在承載壓力方面更具優(yōu)勢(shì)，為空氣墊的緩沖作用提供了更加可靠的保障,。
空氣墊緩沖包裝袋密封質(zhì)量
密封,，是空氣墊各項(xiàng)性能發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。包裝的密封性能主要表現(xiàn)在包裝袋的完整性和封邊的封合質(zhì)量?jī)煞矫?。封邊在熱封操作時(shí),，高溫處理會(huì)影響到封邊周圍材料的機(jī)械強(qiáng)度，如拉伸性能,，所以熱封邊及其周圍部位常常會(huì)成為空氣墊緩沖薄膜袋密封性的薄弱點(diǎn),。當(dāng)沖擊作用于空氣墊時(shí)，薄膜袋的封邊受到強(qiáng)大且分布不均勻的空氣壓力,，承壓強(qiáng)度低的部分ｚｕｉ先出現(xiàn)破裂和氣體泄漏,，從而導(dǎo)致空氣墊緩沖作用的失效。因此,，評(píng)判空氣墊緩沖包裝的密封質(zhì)量,，一方面是薄膜袋的耐壓強(qiáng)度，另一方面則是封邊的熱合強(qiáng)度,。
薄膜袋的耐壓強(qiáng)度是通過(guò)內(nèi)加壓試驗(yàn)獲得的,，業(yè)內(nèi)也稱作爆破試驗(yàn)。通過(guò)向薄膜袋內(nèi)充入一定壓力的氣體直至破裂,，即能測(cè)定薄膜袋的大承壓力,。就空氣墊緩沖包裝材料而言，所使用的薄膜多為柔軟高彈材料,，具有優(yōu)異的拉伸性和變形率,，會(huì)隨著充入氣體的增加出現(xiàn)明顯的形變，使得大承壓力的測(cè)試變的困難,。在實(shí)際應(yīng)用中,，空氣墊緩沖薄膜袋被填塞在商品和外包裝之間，受到二者的擠壓,，受力情況有別于一般的自由膨脹,。基于上述情況,，建議內(nèi)加壓試驗(yàn)中引入約束板試驗(yàn)裝置,，如圖1，將待測(cè)樣品置于約束板上下夾板之間,，實(shí)現(xiàn)對(duì)薄膜袋的加壓膨脹及材料的拉伸變形的有效控制,，將壓力轉(zhuǎn)移至熱封邊處，從而極大提高了耐壓施力的均勻性,，也更貼近實(shí)際情況,。
圖1. 約束板裝置
封邊熱合強(qiáng)度是使用拉力機(jī)測(cè)得的,，材料在受力方向一致,、力值均勻的情況下（例如剝離）,，熱封邊抵抗分離的能力。上述耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)直觀的暴露了薄膜袋封邊承壓薄弱部位,，于此同時(shí),，熱封強(qiáng)度參數(shù)亦能對(duì)封邊各部位的牢固度給出具體的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，二者相輔相成,，有利于從根源解決影響空氣墊緩沖包裝密封質(zhì)量的問(wèn)題,。
空氣墊內(nèi)部初始?xì)鈮?/span>
空氣墊緩沖包裝的初始充氣壓力目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但不同的充氣壓力對(duì)于同規(guī)格空氣墊的緩沖承載效果多有不同,。筆者對(duì)一款具有7個(gè)承載氣室的空氣墊分別充入40kPa,、60 kPa和90 kPa，氣室厚10mm,，采用方法A進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn),。根據(jù)公式1和公式2對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表1,。
從上表中可以發(fā)現(xiàn),，隨著充氣壓力的增大，空氣墊緩沖包裝的承載能力有所提高,。這一結(jié)論對(duì)提高空氣墊的緩沖性能有所助益,，同時(shí)也對(duì)空氣墊薄膜袋的密封質(zhì)量和抗壓性能提出了更加嚴(yán)苛的要求。但也要注意的是,，充氣壓力的增加需適度,，如果太大，空氣墊過(guò)硬,，起不到緩沖作用,，反之，則緩沖效果不明顯,。合適的壓力需經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)獲得,。
總結(jié)
空氣墊是一種應(yīng)用廣泛的緩沖包裝材料，集經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益于一體,。承載性,，是其緩沖效果重要決定因素，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)該性能的數(shù)據(jù)化表征,。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境，如薄膜材料的拉伸性,、包裝整體的密封質(zhì)量,、充氣壓力等,，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果，建議相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)上述因素的試驗(yàn)監(jiān)測(cè)和研究,。
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